地鐵車站主體結構基于SAP2000的抗震靜力分析★

楊青潮 張愛萍

(山東交通職業學院公路與建筑學院，山東 濰坊 261206)

地鐵車站主體結構基于SAP2000的抗震靜力分析★

楊青潮 張愛萍

(山東交通職業學院公路與建筑學院，山東 濰坊 261206)

結合某地鐵車站的結構特點與工程地質條件，并采用SAP2000軟件，對該地鐵車站進行了抗震靜力與水反工況靜力分析，探討了該車站主體結構的內力與變形情況，為車站結構的抗震設計提供了依據。

地鐵車站，主體結構，靜力分析，層間位移

0 引言

目前隨著城市不斷的發展，人口也呈現逐年增加的趨勢，城鎮化的發展更增加了人口流動速率，人員出行和物資交流更加頻繁，交通需求急劇增長，使得原本就緊張的道路更加擁擠，車輛更加堵塞、交通秩序混亂，城市交通供需矛盾日趨緊張。隨著社會的高速發展，運量需求不斷增長，地面交通已經滿足不了人們的需求。我們急需一種新的交通方式來緩解城市交通的壓力，而既能為城市居民提供便捷、安全、舒適的交通環境，又能緩解交通壓力的唯一途徑就是發展地鐵公共交通體系[1]。由于地鐵建設為百年大計，所以對地鐵結構的建設要求很高，我國是地震多發區，地鐵主體結構滿足抗震的要求是十分重要的。

1 工程實例分析

地鐵車站是地鐵建設的主要控制點，是保證地鐵建設能否順利完成的關鍵因素。根據國家有關工程建設、防震減災的法律法規并實行以預防為主的方針，對城市地下軌道交通工程進行抗震設計。根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范，提出了對建筑抗震的三個水準：當遭受低于本地區抗震設防烈度的多遇地震影響時，主體結構不受損壞或不需進行修理可繼續使用(小震不壞)；當遭受相當于本地區抗震設防烈度的設防地震影響時，可能發生損壞，但經一般性修理仍可繼續使用(中震可修)；當遭受高于本地區抗震設防烈度的罕遇地震影響時，不致倒塌或發生危及生命的嚴重破壞(大震不倒)[2]。筆者本次針對結構分析的地鐵車站是位于南昌市創新一路與紫陽大道交叉十字路口處，沿紫陽大道敷設，呈東西走向的原紫陽大道站，現在的艾溪湖東站為遠期小交路折返站，同時設計成與瑤湖定修段接軌的車輛段出入線連接站。

2 工程地質

根據我國相關規范規定車站主體結構設計使用年限為100年，結構重要性系數要求為1.1，安全等級為一級。江西省南昌地區抗震設防烈度為6度，抗震等級為三級。根據地質勘察報告，本站主體結構所在地層從地面向下依次如表1所示。

表1 地鐵車站土層參數表

3 水反工況下結構靜力分析

筆者本次采用SAP2000軟件，以地鐵車站實際的頂板上面覆土4.0 m，地面超載取20 kN/m3，土層對主體結構的反力用彈簧建立模型，對主體結構標準段橫剖面為例進行結構計算，進行正常使用階段(高水位)荷載組合計算。計算荷載模型過程中主要的加載包括垂直方向的地面超載、頂板結構自重和覆土荷載、模板結構自重和設備荷載、底板結構自重以及底板水浮力。水平側向力包括地面超載引起的側壓力、水土側壓力。

4 靜力法抗震計算

靜力法是替代地震力與時間等效靜態地震荷載,然后使用靜態計算模型來分析地震荷載下的結構內力。其中筆者將結構本身與頂板上方土柱的慣性力和主動側向土壓力增量的合力作為等效靜力地震荷載，同時把作用在構件或結構重心處的地震慣性力按照下式計算：

F=Kc·Q。

式中：Q——構件或結構的重量；Kc——與地震加速度有關的地震系數。

矩形結構水平慣性力按下式計算：

水平側向力包括作用于圍護墻的地震動土壓力、作用于內襯墻的水側壓力以及分別來自頂板、中板、側墻和底板的慣性力。通過水反工況下結構靜力和靜力法抗震分析計算車站主體結構彎矩、軸力和剪力得出車站主體結構的位移變形圖(如圖1所示)。

表2 各工況下內力統計表

截面號結構位置內力項目地震工況彎矩值/kN·m水反工況彎矩標準值/kN·m1頂板左支座M/kN·m356303V/kN3783642頂板中支座M/kN·m12651028V/kN6285463頂板右支座M/kN·m191360V/kN3984044左側墻上支座M/kN·m356303V/kN3022385右側墻上支座M/kN·m191360V/kN1942586左側墻下支座M/kN·m1250819V/kN9696847右側墻下支座M/kN·m1053876V/kN8527038底板左支座M/kN·m1077690V/kN7585879底板中支座M/kN·m751798V/kN76165210底板右支座M/kN·m874728V/kN780631

1)靜力分析與地震分析結構內力結果統計見表2。

2)層間位移表見表3。

表3 層間位移統計表 mm

根據GB 50011—2010建筑抗震設計規范規定：最大彈性層間位移：Δue≤[θe]h。

式中：Δue——最大層間位移；θe——層間位移角(鋼筋混凝土框架結構θe=1/550)；h——層間高。

本次計算模型第一層層高為5.25 m，第二層層高為6.81 m，所以第一層應許最大的層間位移為9.55 mm，第二層應許的最大層間位移為12.38 mm，由表3可知結構的層間位移均小于規范要求的最大層間位移，故本次車站結構滿足抗震設計的要求。

5 結語

通過對地鐵車站主體結構抗震靜力分析，同時結合車站的自身特點，利用靜力分析與地震分析方法從結構的彎矩、軸力、剪力、位移變形進行比較，得到變化趨勢具有一致性，對同一地鐵車站主體結構進行抗震靜力分析與水反工況靜力分析，通過計算比較，掌握車站主體結構內力與變形情況，為車站主體結構的抗震設計提供數據依據。

[1] 李新星,陳 鴻,陳正杰.地鐵車站結構抗震設計方法的適用性研究[J].土木工程學報，2014(S2):322-327.

[2] GB 50909—2014，城市軌道交通結構抗震設計規范[S].

[3] 國家標準《建筑抗震設計規范》管理組.建筑抗震設計規范(GB 50011—2010)統一培訓教材[M].北京：地震出版社,2010.

[4] 李 雅.天津軟土地區地鐵車站結構抗震性能研究[D].天津:天津城市建設學院,2012:7-8.

[5] 尹永學,樸光日,金元峰.基于二次B樣條有限元法的Kuramoto-Sivashinsky方程的數值解[J].延邊大學學報,2013(4):248-251.

Analysis on seismic static of subway station main structure based on SAP2000★

Yang Qingchao Zhang Aiping

(HighwayandArchitectureSchool,ShandongTransportVocationalCollege,Weifang261206,China)

Combining with the structural characteristics and engineering geological conditions of a subway station, and using the SAP2000 software, analyzed the seismic static force and water back working condition static force of the subway station, discussed the internal force and deformation situation of the station main structure, provided basis for the seismic design of station structure.

subway station, main structure, static analysis, inter story displacement

1009-6825(2017)05-0035-02

2016-12-08★：山東省科技計劃項目(J15LG56)

楊青潮(1986- )，男，碩士，講師； 張愛萍(1987- )，女，碩士，助教

TU311.1

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